Saber cuándo parar: encontrar el pico que indica carga completa

**US 5,196,780**, David R. Pacholok, presentada el **10 de septiembre de 1991**, concedida el **23 de marzo de 1993**, caducada. La figura de esta página es su propia hoja 1: FIG. 1 es la curva de voltaje frente al tiempo con el pico marcado, y FIG. 2 es el diagrama de bloques — FAST CHARGE y SLOW CHARGE bloques, la red RC hacia un comparador y, a lo largo de la parte inferior, **TH** y **TIMER**. Enumere las tres terminaciones antes de construir nada, porque la disposición es la invención, no ninguna de ellas por separado: 1. **−ΔV**, detectada por un condensador cargado a través de una resistencia desde el terminal de la batería. El condensador se retrasa. Cuando *supera* el voltaje de la batería, la batería debe haber cambiado de sentido. Sin diferenciador, sin problema de ruido. 2. **Un temporizador**, de unos dieciocho minutos en carga rápida. Si la señal de voltaje nunca llega, la carga termina igualmente. 3. **Un termostato**, ajustado entre **40 °C y 60 °C**, en las propias celdas. Si se calientan por cualquier motivo, la carga termina. Luego observe lo que sucede después de la terminación: el circuito no se apaga, sino que pasa a una **carga lenta** que repone la autodescarga sin sobrecargar. Un cargador que simplemente se detiene deja una batería que vuelve a estar descargada para el jueves. Las fuentes de este caso son claras y la cifra está verificada. Cuando un escalón posterior dice que un número no pudo determinarse, es una afirmación sobre ese escalón, no un hábito.

No se puede diseñar sensatamente un detector para una señal que nunca has visto. Registra primero la señal. Coloca una celda NiMH descargada en un soporte. Ajusta la fuente de laboratorio a corriente constante a **1C**: 2 A para una celda de 2.000 mAh, con el límite de voltaje en 1,8 V para que una mala conexión no produzca una sorpresa. Pega el termopar a la carcasa. Registra el voltaje en terminales con **cuatro cifras** decimales y la temperatura de la carcasa cada minuto. Cuatro cifras no es una exigencia excesiva: toda la señal que buscas es de unos 10 mV, así que un medidor de tres cifras que muestre 1,48 V no la puede ver en absoluto. Espera, durante aproximadamente una hora: - un aumento rápido en los primeros minutos mientras la celda se polariza; - una parte intermedia larga y de subida lenta; - un **pico**, y luego una caída del orden de 5–15 mV para una sola celda; - **temperatura que sube bruscamente** desde aproximadamente ese mismo momento. Detente en el pico, o a 45 °C, lo que ocurra primero. Marca en tu registro dónde estuvo el pico y cuántos milivoltios fue la caída. Ese es el número que tu circuito debe resolver, y en un paquete de doce celdas es doce veces mayor, por eso la terminación por −ΔV funciona mucho mejor en un paquete que en una sola celda.

Ahora construye el detector de Pacholok en la placa de pruebas. Consta de cuatro partes. 1. **El RC.** Una resistencia desde el terminal de la batería hasta un condensador conectado a tierra. Elige R y C de modo que R×C sea la constante de tiempo que elegiste en el paso 4: 470 kΩ con 470 µF dan unos 220 segundos, cerca de cuatro minutos. Usa un condensador de película o un electrolítico de baja fuga; un condensador con fugas es una segunda resistencia que no planeaste y mantendrá la copia abajo permanentemente. 2. **El comparador.** Un LM393, con el voltaje de la batería en una entrada y el condensador en la otra. Su salida cambia en el momento en que el condensador gana. 3. **Un poco de histéresis.** Una resistencia de alto valor desde la salida de vuelta a la entrada no inversora, de un megaohmio más o menos, para que la salida cambie de golpe en lugar de oscilar en el cruce. Sin ella dispararás repetidamente con ruido de milivoltios. 4. **El interruptor.** La salida del comparador controla la puerta del MOSFET de nivel lógico, que transporta la corriente de carga. El nivel lógico importa: un MOSFET común no se encenderá completamente con una puerta de 5 V y disipará la diferencia en forma de calor. Pruébalo primero sin batería. Pon el generador de funciones en la entrada con un triángulo muy lento, de unos pocos minutos por ciclo y de uno a dos voltios pico a pico, y comprueba que la salida cambie poco después de cada vértice y no antes. Un generador de señales que puedas invertir a voluntad es una prueba mucho mejor que una pila que cambia una vez por hora. Luego pon tu curva de celda registrada frente a él de verdad. Observa el voltaje del condensador en un canal del osciloscopio y la celda en el otro; el cruce es visible y es el objetivo completo del circuito.

Un detector de −ΔV por sí solo es un circuito que puede fallar en silencio, y el modo de fallo es una carga que nunca termina. Añade los otros dos. **El termostato.** Usa el termistor propio del paquete si tienes el pin TH del peldaño 3, o un NTC de 10 kΩ pegado a la celda. Colócalo en un divisor con una resistencia fija y lleva la unión a la segunda mitad del LM393; ajusta la referencia con el potenciómetro para que el comparador se dispare a unos **45 °C**. Calíbralo, no lo asumas: calienta el termistor con la pistola de aire en su ajuste más bajo mientras observas el termómetro infrarrojo, y ajusta hasta que el disparo quede donde quieres. Conecta la salida de este comparador para que pueda cortar la puerta del MOSFET **independientemente** de lo que indique la mitad −ΔV. **El temporizador.** El 555 en modo monoestable con un RC largo te da los dieciocho minutos de Pacholok. Calcula R y C para tu propia tasa de carga en lugar de copiar las suyas: dieciocho minutos son correctos para la tasa que usó su cargador, y un temporizador ajustado a la tasa equivocada es peor que ninguno, porque cortará cada buena carga antes de tiempo. Ahora prueba cada uno **por separado**. Desconecta la mitad −ΔV y demuestra que el termostato detiene la carga. Desconecta el termostato y demuestra que el temporizador la detiene. Una redundancia que nunca has probado individualmente no es redundancia, son tres circuitos y una esperanza. Por último, añade la ruta de carga lenta: una resistencia que mantiene un hilo de corriente tras la terminación, a algo como C/40. Mídela con el multímetro y compárala con la tasa de autodescarga propia de la celda.

**Atribución.** US 5,196,780, David R. Pacholok, presentada el 10 de septiembre de 1991, concedida el 23 de marzo de 1993, caducada. El dibujo de esta página es propio de la patente. **Por qué 1991 y no 1961.** El efecto −ΔV se comprendía mucho antes de esta patente; los fabricantes de celdas lo habían descrito en notas de aplicación durante años. Lo que faltaba era una forma de detectar una caída de unos pocos milivoltios sobre una señal que superaba un voltio, de manera lo bastante barata como para incluirla en un cargador de consumo, sin microcontrolador. El truco del retardo RC es la respuesta a la parte de "lo bastante barata", y es una solución genuinamente elegante: sustituye un diferenciador, que amplifica el ruido, por un retardo, que lo suprime. **Qué cambió para los aficionados.** Antes de una terminación fiable, la tasa de carga segura era C/10 durante la noche, porque el ciclo de recombinación podía absorberla indefinidamente. Después de ella, la carga rápida se volvió habitual, y un cargador rápido es lo que hace funcionar un flujo de trabajo con dos baterías: una en la herramienta, otra en el cargador, sin esperas. La batería del peldaño 3 y el cargador de este peldaño solo tienen sentido juntos. **Límites honestos.** −ΔV es una señal de la química de níquel y no existe en las de iones de litio, cuya tensión solo sube; las celdas de litio terminan con corriente constante seguida de tensión constante y luego con corriente decreciente, un método completamente distinto. −ΔV también se vuelve más difícil a medida que la batería envejece, porque el pico se aplana, y es casi inutilizable en una sola celda por la razón que da el paso 2. Y todo el esquema se basa en la suposición de que las celdas de un paquete alcanzan la carga completa juntas, lo cual, como muestra el peldaño 7, no ocurre.